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0 引言
该旋转信号处理电路模块的主要功能是利用轴角位置测量元件——旋转变压器,控制频率为400 Hz的正弦波信号,经解调处理使相位角与特定电压值相对应,产生出两路相位差为90°的信号,送入系统主控计算机来计算填弹系统的位置,对保证火控系统的正常工作具有重要意义。在此介绍一种采用模拟电路设计的方法,利用系统给出的正弦波作为载波信号,与正余弦旋转变压器进行信号调制,将所产生的调制信号送入乘法电路实现正余弦两路信号的解调,再通过滤波、反相比例电路实现其功能,达到使用要求。 1 方案设计 1.1 基本方案 产品总体设计方案如图1所示:实验中采用标准信号源来模拟系统输入信号,输出频率为400 Hz,峰-峰值为6 V的正弦波做为VCA信号;DSB1和DSB2分别为正余弦的调制信号;OUT1,OUT2为两路输出。 1.2 电路原理及模块功能 电路原理及模块功能如图2所示。 1.2.1 电路工作原理概述(以下按余弦进行分析计算) 设正弦输入信号为: ur=Ursin(ωrt+φ) 式中:Ur为正弦信号的振幅;ωr=2πfc为载波角频率;fc载波频率;φ为初始相位。 DSB信号为: us=UscosΩsinωct 式中:Ω为旋转变压器旋转角度;Us为信号经旋转变压后的输出幅度。 这两个信号相乘: 经低通滤波器的输出,且考虑ωr-ωc=△ωc在低通滤波器频带内,那么: u0=U0cos(△ωct+φ)cosΩ 可以看出,当载波信号与输入信号同频同相时,即ωr=ωc,φ=0,则: u0=U0cosΩ 当Ω分别为0°,45°,90°时,余弦输出为U0,0.707U0,0,再利用比例放大控制U0为2.5,同时叠加2.5 V的直流分量,则可得到最终余弦输出为: 输入信号相位为0°,45°,90°;输出信号为5 V,4.26 V,2.5 V。 同样利用正弦信号调制可得到另一路输出信号。 1.2.2 信号解调电路 电路中对双边DSB信号所进行的解调是极为关键的一步。在产品中经过反复试验,没有选用通用的平衡调制解调器,而是通过采样保持电路(乘法器)实现解调的。 原理组成:信号解调主要由乘法器和低通滤波器组成,其基本组成如图3所示。 输入信号为: 1.2.3 滤波电路 低通滤波器用来通过低频信号,抑制或衰减高频信号。由于电路中存在着通过放大电路输入线或电源线进入的干扰,为得到良好的输出信号,需对解调后的信号进行滤波。考虑到信号频率较低,采用了反相输入的一阶LPF。 1.2.4 放大电路 信号经滤波后需放大使输出信号达到用户要求的幅值,同时由于需要叠加直流分量,采用如图4所示电路。 电路的输出电压与两个输入电压之差成正比,实现了差动比例运算。在输入信号不变的条件下,调节电阻R3和R4可改变输出信号的幅值和电位,在实际电路中使用了两个精密电位器,使电路调整更为方便。 |
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2 测试验证及结果
VCA信号为: ur=Ursinωct 式中:Ur为正弦信号的振幅;ωc=2πfc为载波角频率,fc为载波频率。 经旋转变压器调制后,得到双边带调幅信号,有: 由上式可知,合理的选择电路各部分的电阻阻值,可得出如图5所示输出波形。 由模拟验证得知,该设计达到了预定目标。实际测试结果如表1所示。 在该项目的研制过程中,项目组与用户经常沟通,一起联试,并将设计过程中遇到的问题及时反馈,顺利通过了检测检验,产品获得用户的认可,各项指标均满足使用要求。 3 结语 该电路经过实际验证,各部分工作正常,已经成功运用在某系统中,使用效果良好。该方案不仅达到了实现正余弦、高精度的要求,还具有使用灵活方便、可靠性高、体积小、成本低等特点,是一种理想实用的电路。 |
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